(57)【要約】【課題】  転がり軸受に用いる保持器を、転動体に対する滑り接触による摩擦が低く、熱伝達特性の良好なもので構成すること。【解決手段】  回転軸１２を回転自在に支持する内輪１４と、内輪１４の外側に配置された外輪１６と、内輪１４と外輪１６とを連結する合成樹脂製保持器１８と、内輪１４と外輪１６との間に回転自在に装着されたボール２０とを備え、保持器１８の材料として、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンまたはカーボンナノファイバのうちいずれかをフェノール樹脂やＰＥＥＫ樹脂などの樹脂中に均一に分散させた複合材料で構成した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を回転自在に支持する内輪と、前記内輪との間に間隔を残して前記内輪外周側に配置された外輪と、環状に形成されて前記内輪と前記外輪とを連結する合成樹脂製保持器と、前記内輪と前記外輪との間に回転自在に装着された転動体とを備えた転がり軸受において、
前記合成樹脂製保持器は、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン又はカーボンナノファイバーのうちいずれか１つを含有してなることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に係り、特に、回転軸を回転自在に支持し、アキシャル方向やラジアル方向の荷重を受けて回転する転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受としては、例えば、回転軸を回転自在に支持する内輪と、内輪の外周側に配置された外輪と、内輪と外輪とを連結する保持器と、内輪と外輪との間に回転自在に装着された転動体とを備え、アキシャル方向やラジアル方向の荷重を受けて回転するようにしたものが知られている。この種の転がり軸受は、転動体であるボールやころを格納して運転中に、転動体が保持器のポケット面と滑り接触しながら内輪または外輪に案内されるようになっている。このときアキシャル方向やラジアル方向の荷重を受けて回転するため、特に、高速回転する転がり軸受の保持器としては、軽量、且つ滑り接触の摩擦が低いことが望ましい。また低粘度流体に浸漬されて使用するポンプ用軸受や、ジェットエンジンやガスタービンエンジンの高速主軸受やタワーシャフト軸受などの比較的高速のインターナルギアボックス軸受などにおいては、軸受の発熱を浸漬流体や潤滑油に効率良く伝播させて、軸受外部に排出する必要があるため、これらの軸受に用いられる保持器としては、熱伝達特性を良くすることが望ましい。
【０００３】
このため、従来、高速回転する軸受に用いられる保持器としては、高速時の遠心力に耐えられる機械的強度が必要であるとともに、熱伝達特性を良くすることが必要であることを考慮し、保持器の材料に、例えば、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＪＩＳ：ＳＮＣＭ４３９，ＡＭＳ６４１４）を用いるとともに、ニッケルクロムモリブデン鋼を調質熱処理したあと機械加工し、機械加工が施された保持器の表面全体に銀メッキや燐酸被膜処理を施す構成が採用されている。
【０００４】
しかし、保持器の表面に銀メッキや燐酸被膜処理を施す構成では、保持器の加工コストが高くなり、軸受全体のコストを押し上げる要因となる。このため、転動体と保持器との滑り接触面の摩擦や磨耗を低く抑えられる材料やその材料の表面処理方法として最適なものが求められているとともに、高速時の遠心力を抑えるために、軽量、且つ高強度の保持器材料が求められていた。
【０００５】
特開２００４−１３２５０７号公報には、２００℃に近い高温下でも優れた耐焼付き性を備えた、自動車の電装部品やエンジン補機等に好適な転がり軸受を提供するために、固定輪と回転輪との間に、保持器により複数の転動体を転動自在に保持するとともに、カーボンブラック及びカーボンナノチューブの少なくとも一方を１〜４０体積％の割合で含有し、かつ、増ちょう剤として特定のジウレア化合物を含有するグリースを封入した転がり軸受が開示されているが、保持器を母材樹脂中にカーボンナノチューブが分散されたものから構成することの開示はない。
【特許文献１】特開２００４−１３２５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、従来、保持器材料として、軽量合金であるマグネシウム合金やアルミ合金が用いられていたが、前者のものでは、ボールと保持器のポケット面などとの滑り接触面の耐磨耗性が不足し、後者のものでは高速で回転したときの引っ張り強度や耐摩耗性が十分ではなかった。また、ＰＥＥＫ材やＶＥＳＰＥＬ材などのエンジニアリングプラスチックも用いられていたが、これらのものも強度において十分でなかった。また、炭素繊維強化型プラスチックを用いた場合、強度的には改善されたが、費用対効果において、満足できるものではなかった。
【０００７】
本発明の課題は、転がり軸受に用いる保持器を、転動体に対する滑り接触による摩擦が低く、熱伝達特性の良好なもので構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、回転軸を回転自在に支持する内輪と、前記内輪との間に間隔を残して前記内輪外周側に配置された外輪と、環状に形成されて前記内輪と前記外輪とを連結する合成樹脂製保持器と、前記内輪と前記外輪との間に回転自在に装着された転動体とを備えた転がり軸受において、前記合成樹脂製保持器は、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン又はカーボンナノファイバーのうちいずれか１つを含有してなる転がり軸受を構成したものである。
【０００９】
合成樹脂製保持器をカーボンナノチューブ、カーボンナノホーンまたはカーボンナノファイバのうちいずれか１つを含有したもので構成するに際しては、フェノール樹脂やＰＥＥＫ樹脂などの樹脂中に均一に分散させた複合材料として構成することが望ましい。
【００１０】
樹脂としては、フェノール、ＰＥＥＫの他に、ＰＰＳ、ＰＴＦＥを用いることができる。
【００１１】
カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンまたはカーボンナノファイバとしては、直径が０．５〜１０ｎｍ、長さが０．５〜６０μｍであって、含有量が５〜４５重量％のものを用いることが望ましい。
【００１２】
またフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）としては、フロリネーテッドタイプのものが望ましい。
【００１３】
また高温、高速で磨耗が少なく良好なだけでなく、低温側の軸受として、例えばＬＮＧポンプや、液体窒素ポンプなどの転がり軸受用にも好適である。
【００１４】
カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンまたはカーボンナノファイバのうちいずれか１つを樹脂中に均一に分散させた複合材料を構成するときには、ＭOＳ2などの固体潤滑剤を含有（練り込み）させても良い。
【００１５】
合成樹脂製保持器の材料として、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンまたはカーボンナノファイバを用いると、熱伝導特性が良好となり、保持器全体の温度が使用時、成型時のいずれにおいても、すぐに均一となり、余計な歪みなどが生じることがない。特に、成型時においては、保持器各部の温度が均一となるため、射出成型時などにおける特有のひけが少なくなり、成型後の寸法安定性が非常に良好となる。しかも、強度が高められ、摩擦低減効果を高めることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、摩擦磨耗特性と熱伝導性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例を示す転がり軸受の要部縦断面図である。図１において、転がり軸受（玉軸受）１０は、回転軸１２を回転自在に支持する内輪１４と、内輪１４との間に間隙を残して内輪外周側に配置された外輪１６と、円環状に形成されて、内輪１４と外輪１６とを連結する合成樹脂製保持器１８と、内輪１４の球面状凹部１４ａと外輪１６の球面状凹部１６ａとの間に回転自在に装着された転動体としてのボール２０とを備え、回転軸１２が回転するときに、アキシャル方向やラジアル方向の荷重を受けて回転するようになっている。
【００１８】
転がり軸受１０を構成するに際しては、保持器１８の材料として、多層カーボンナノチューブをフェノール樹脂やＰＥＥＫ樹脂に均一に分散させた複合材料を用いた。
【００１９】
保持器１８の複合材料としては、実施例１では、多層カーボンナノチューブの含有率を１０重量％、残余をフェノール樹脂とし、実施例２では、多層カーボンナノファイバの含有率を５重量％、残余をフェノール樹脂とし、実施例３では、単層カーボンナノチューブの含有率を１０重量％とし、残余を、一方向に配光させたＰＥＥＫ樹脂シートを積層して形成した樹脂とした。
【００２０】
一方、比較例１としては、フッ素樹脂入り、炭素繊維強化のＰＥＥＫ樹脂を用いた。
【００２１】
また、実施例１〜３および比較例１の保持器１８と全く同様にして、摩擦磨耗試験のために、リング状試験片として、外径４５ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ５ｍｍ、面粗さ０．６μｍＲａのものをそれぞれ作成した。
【００２２】
実施例１〜３、比較例１の保持器１８と全く同様にして構成されたリング状試験片を用いて高温・高速磨耗試験を行うに際しては、図２に示す摩擦試験機２２を用いた。この摩擦試験機２２は、基礎台２４と、ロードセル２６と、回転試験片２８とを備えて構成されており、回転試験片２８は、水平方向に配置された回転軸３０に回転自在に固定されている。
【００２３】
摩擦試験機２２は、基礎台２４に実施例１、２、３および比較例１のリング状試験片が固定側試験片３２として順次取り付けられたときに、回転試験片２８を回転数１９０００ｒｐｍで回転させながら、試験荷重Ｆで基礎台２４を固定側試験片３２に押し付けるとともに、ロードセル２６で負荷（摩擦力）を測定するようになっている。このとき、油ジェット３４から１２０℃の潤滑油が０．２ｌ／分の割合で固定側試験片３２と回転試験片２８との接触部にジェット給油されるようになっている。
【００２４】
回転試験片２８としては、耐熱鋼Ｍ５０であって、外径１００ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、面粗さ０．０２μｍＲａのものを用い、試験条件としては表１の内容で高温・高速磨耗試験を行った。
【００２５】
【表１】
2006083965.tif 000003
摩擦試験機２２を用いて高温・高速磨耗試験を行い、実施例１、２、３および比較例１のリング状試験片（固定側試験片）３２について磨耗痕跡をロードセル２６で測定したところ、次の表２に示すような結果が得られた。
【００２６】
【表２】
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表２に示す試験結果から、実施例１〜３のものは、従来のＰＥＥＫ樹脂を用いた比較例１のものよりも熱伝導率が大きくなり、改善されたことが分かる。さらに、磨耗痕跡の幅も比較例１のものよりも小さくなり、改善されたことが分かる。
【００２７】
本実施例においては、低粘度流体に浸漬されて使用するポンプ用軸受、ジェットエンジンやガスタービンエンジンなどの高速主軸受、タワーシャフト軸受などの比較的高速のインターナルギアボックス軸受など、希薄な潤滑条件において使用される軸受を構成するに際して、内輪１４と外輪１６を含む軌道輪を軸受鋼で製作し、保持器１８の材料として実施例１〜実施例３の複合材料を用い、転動体としてのボール２０を窒化珪素のようなセラミック材で構成することで、ボール２０と軌道輪間の潤滑が不十分で軌道輪とボール２０とが直接接触する部分が増加するような境界潤滑下で磨耗・損傷するような運転条件においても、その磨耗・損傷を防止することができる。
【００２８】
また、燃料油や代替フロンのような冷媒などの流体や極低温（−２５０℃近傍）の流体を搬送するポンプ主軸を高速回転で支持する転がり軸受、ジェットエンジンやガスタービンエンジンの高速主軸受、タワーシャフト軸受などの比較的高速のインターナルギアボックス軸受など、希薄な潤滑条件において使用されるものに本発明を適用することで、摩擦磨耗特性の向上を図ることができる。また、潤滑油を使用せずに高速回転で運転されるものに本発明を適用しても、保持器のポケット面と軌道輪との接触部に損傷が生じるのを防止することができるとともに、軸受内部に生じた熱を即時、外部に排出することができ、熱伝導性の向上を図ることができる。
【００２９】
また、実施例１〜３の樹脂材料中に、セラミック微粉末を混合することで、保持器１８の剛性を高めることができる。
【００３０】
前記実施例においては、保持器１８の複合材料として、カーボンナノチューブを用いるものについて述べたが、カーボンナノチューブの他に、カーボンナノホーンまたはカーボンナノファイバを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例を示す転がり軸受の要部縦断面図である。
【図２】摩擦試験機の構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  転がり軸受
１２  回転軸
１４  内輪
１６  外輪
１８  保持器
２０  ボール
２２  摩擦試験機
２４  基礎台
２６  ロードセル
２８  回転試験片
３２  固定側試験片
【図１】
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【図２】
2006083965.tif 000006